泡沫剂对土压平衡盾构施工参数的影响分析

以土压平衡盾构隧道为研究对象,通过室内试验分析不同改良剂类型、改良剂浓度、流量、膨胀率等对盾构机掘进参数的影响规律。研究表明,复合渣土内摩擦角和泡沫改良剂浓度相关系数为0.985,两者具有极高的线性相关性;复合渣土容量和泡沫改良剂注入比、浓度和气液比之间具有不明显的线性相关性。泡沫改良剂浓度对盾构机盾构推力影响最大,泡沫膨胀率次之、泡沫流量最小;泡沫浓度对盾构机刀盘扭矩的影响最大,泡沫流量次之,泡沫膨胀量最小。泡沫浓度和膨胀量对盾构推力的影响大于刀盘扭矩,泡沫流量对刀盘扭矩的影响大于盾构推力。在一定范围内,改变泡沫改良剂浓度可以很好的控制盾构机刀盘扭矩和盾构推力。     

土压平衡盾构地层适应性设计理论和方法研究

为了探讨盾构机工作参数与土体的相互关系,针对土压平衡盾构的特点在模拟试验台上进行了掘进试验。分析了盾构总推力、刀盘扭矩和土仓土压力的变化关系及其影响因素,同时还研究了刀盘开口率对刀盘扭矩的影响规律。试验结果表明：在土压平衡的情况下,刀盘扭矩和盾构总推力有良好的线性关系,并且盾构总推力随着推进距离的增加而缓慢地增加。     

土压平衡盾构地层适应性设计理论和方法研究

为了探讨盾构机工作参数与土体的相互关系,针对土压平衡盾构的特点在模拟试验台上进行了掘进试验.分析了盾构总推力、刀盘扭矩和土仓土压力的变化关系及其影响因素,同时还研究了刀盘开口率对刀盘扭矩的影响规律.试验结果表明:在土压平衡的情况下,刀盘扭矩和盾构总推力有良好的线性关系,并且盾构总推力随着推进距离的增加而缓慢地增加.     

基于线性回归分析的大直径盾构机刀盘扭矩预测模型研究

为实现对刀盘推力和扭矩的精准控制,需要对刀盘扭矩进行预测。文章在现有经验模型的基础上,基于线性回归分析方法,选取已有工程案例中大直径泥水平衡盾构机配置参数为训练集和测试集,获得经验模型的扭矩系数,并对其准确性进行验证。结果表明,采用线性回归方法获得的经验模型能够较为准确预测刀盘扭矩,能够为盾构机设计人员提供快速计算刀盘扭矩的可行方法。     

复合地层中掘进的盾构机刀盘动态驱动转矩研究

复合地层掘进扭矩载荷突变是造成盾构机掘进过程中堵转停机的直接原因,考虑盾构机刀盘驱动变频调速电机特性、转矩传递过程中齿轮啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立冗余驱动的盾构机刀盘切削系统机电耦合动力学模型;针对典型复合地层地质条件,对盾构机在上软下硬地层掘进过程中刀盘驱动转矩动态特性进行仿真分析。结果表明,在软土体积百分比为70%复合地层中,掘进扭矩载荷显著高于50%软土百分比复合地层;盾构机在由50%软土百分比地层掘进进入70%软土百分比地层过程中,刀盘驱动电机负荷瞬间增大,甚至超出其工作极限,电机无法稳定工作,容易导致堵转发生,该结果可以部分解释我国昆明上公山隧道施工中频繁出现堵转事故的原因,为盾构机复杂地质条件下顺应性设计提供指导。     

济南地质条件下盾构机关键参数研究

介绍了济南地质条件下土压平衡盾构机的构成及工作原理,并以济南地铁为考察依据,对该盾构机的盾构推力、刀盘扭矩、主轴承使用寿命等关键技术参数进行详细研究。目前为济南地铁R1线设计的CTE6650盾构机已全部贯通。     

微型土压平衡盾构机刀盘的设计

为了满足微型土压平衡盾构机在不同地质条件下的正常掘进,设计制造了开口率可变的0.92m微型土压平衡盾构机刀盘。对微型盾构机刀盘的结构设计与刀具的布置方法进行了详细说明,并结合地质和岩土工程方面的知识,对微型土压平衡盾构机刀盘所受载荷进行了计算。利用CATIA软件对所建立的刀盘三维模型进行了有限元分析,结果表明刀盘的结构设计完全满足使用要求。     

盾构机掘进过程的自适应模糊控制

盾构机掘进过程中各种地形会引起刀盘扭矩异常变化,从而造成脱困困难和刀具损坏等问题,针对这种问题引入一种自适应模糊控制,组成通过即时检测刀盘扭矩来控制盾构机进给的智能控制设备,本文介绍了系统的组成及工作原理。     

盾构机刀盘驱动多电机同步控制仿真分析

对几种多电机同步驱动的控制方式进行分析,针对盾构机刀盘驱动系统中电机数量多、结构复杂等特点提出了适合盾构机刀盘同步驱动的控制方式,并模拟实际情况,采用MATLAB/Simulink仿真电机间的刚性连接。仿真结果表明:该方法可以有效地解决盾构机中多电机同步运行时的速度同步与负载平衡。     

基于AMESIM的EPB盾构刀盘液压驱动系统的仿真研究

结合某型盾构机,研究了6.4m土压平衡盾构机刀盘驱动液压系统的结构组成和工作原理,采用变量泵变量马达闭环控制方式,设计了6.4 m EPB盾构刀盘液压驱动系统.在AMEsim环境中建立刀盘驱动系统的仿真模型,按实际情况设置子模型参数,对刀盘速度负载特性和负载波动情况进行仿真,并对结果分析,为盾构机国产化研究提供参考依据.     

盾构机液压马达磨损监测研究

液压马达输出功率密度大,控制性能好,广泛应用于盾构机驱动刀盘工作。该文提出了基于信息融合的多尺度状态监测方法对盾构机刀盘驱动液压马达的工作过程进行了状态监测,对液压马达故障分析和定位奠定了基础。     

锥面刀盘盾构主参数确定理论及模拟分析

由于盾构在地下土质工程全断面开挖的独特优势及其技术密集的特点,被赋予"国之重器".但目前应用的盾构都是平面刀盘盾构,这样盾构在孤石、古树根或建筑物桩基等地质段的施工一直是工程界的难题.为此,通过深入研究,提出了锥面刀盘盾构的概念;进一步研究发现,其主参数——盾构推力和刀盘扭矩与平面刀盘盾构相比有着本质的差异,为此,以土力学理论为基础,深入研究了锥面刀盘盾构作业过程中的力学特点并因此建立了锥面刀盘盾构推力和刀盘扭矩的力学模型.当锥顶角为180°时得到的模型解与对应平面刀盘盾构主参数的相对误差分别是:盾构推力为5.5％,刀盘扭矩为7.8％.模拟显示,掌子面与土仓的压差随锥面刀盘锥顶角的增大单调减小,即,在掌子面压力不变的情况下,土仓压力随锥顶角的增大单调增加,这说明,锥面刀盘土仓压力小于平面刀盘,掌子面土体较平面刀盘具有较大的流动推力;而对螺旋输送器中的柱塞效应要求降低,亦即,锥面刀盘盾构具有更好的土体适应性.     

盾构机刀盘驱动多级行星齿轮传动系统的多目标优化

为满足盾构机刀盘驱动多级行星轮系高可靠性、低振动和高功率密度的设计要求,在建立系统的可靠性模型和动力学模型的基础上,建立了以系统可靠度、各级行星轮振动加速度和系统体积/质量为目标函数的多目标优化设计的数学模型,并针对工程实例,利用混合离散复合形法对其进行求解。结果表明,提出的优化模型及优化方法可有效地提高盾构机刀盘驱动多级行星轮系的可靠性,减小系统的振动水平和体积/质量。研究结果可为高可靠性、低振动、高功率密度的盾构机刀盘驱动多级行星减速器的设计提供参考。     

TBM刀盘驱动系统协调控制

刀盘驱动系统是硬岩掘进装备的重要组成部分。对冗余驱动TBM刀盘驱动系统的协调控制问题展开研究。本文提出一种时变的非线性动力学模型用于描述硬岩掘进装备刀盘驱动系统。针对TBM刀盘驱动系统,提出一种集成控制分配的TBM棒控制器,驱使刀盘跟踪期望的速度且各电动机的驱动扭矩实现协调控制。其中,上层控制器用于处理变化的不确定性和作用于刀盘的可变负载,控制分配策略用于分配驱动扭矩使得各电动机驱动扭矩均衡分布。各种对比仿真用于证明提出控制器的优越性能。仿真结果表明提出的控制器不仅能够满足刀盘的速度控制也能够实现各驱动电动机驱动扭矩的均衡分布。     

TBM刀盘电动-液压同步驱动系统研究

基于TBM刀盘驱动系统的工作原理,分析了不同刀盘驱动方式的优缺点,提出了采用电动-液压同步驱动方式,实现大扭矩的刀盘驱动。工程应用表明,这种方法实现了TBM刀盘电动和液压的同步驱动,为TBM刀盘驱动系统的改进提供参考。     

软土盾构机的刀盘设计与选型

介绍了软土盾构机刀盘的结构设计、刀具的选型及特点、刀具的布置方式及影响因素;并采用ANSYS软件对刀盘进行了有限元分析,以提高盾构机刀盘设计的可靠性。     

盾构机刀盘连接件强度分析与优化

根据盾构机刀盘连接件受力特点,对四牛腿刀盘原有螺柱及定位销进行受力分析,四牛腿刀盘连接件转矩传递安全系数为2.81。根据新制六牛腿刀盘法兰孔位与主驱动输出法兰孔位相对位置关系,对新制六牛腿刀盘连接件强度进行计算分析,得到六牛腿刀盘连接件转矩传递安全系数为2.27,与原四牛腿刀盘相比,安全系数降低了19.2%,需对刀盘连接件孔位进行优化。优化后刀盘连接件转矩传递安全系数为3.81,与四牛腿刀盘相比,安全系数增加了35.6%,与优化前相比,安全系数增加了67.8%,优化后刀盘连接件强度满足使用要求。     

盾构机刀盘闭式液压系统的节能特性研究

目前盾构机作为挖掘隧道、地下通道、地下铁路的主力设备,越来越广泛地应用在国内外城市建设中。然而这个地下巨无霸的能源消耗也是巨大的,所以研究盾构机的驱动系统节能成了设计工程师工作的重要内容。现以6.28米盾构机旋转刀盘闭式液压驱动系统为研究对象,利用AMESim10软件构建该盾构机刀盘闭式液压驱动系统的仿真模型,并通过AMESim和Simulink的联合仿真,计算与分析了系统的节能特性。目前多数盾构机制造企业使用的是开式液压系统,其能量利用效率约是50%~55%,而闭式液压系统的传动效率可以达到65%~70%。这一结果通过所做的仿真得到了验证。     

某型土压平衡盾构机刀盘有限元静力学结构分析

根据某地区地铁线路标段的地质水文等特点,设计某型号土压平衡盾构机刀盘型式,对该型号土压平衡式盾构机刀盘建立三维实体模型,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,对刀盘结构进行了受力特性有限元分析,获得了刀盘的应力及变形情况,结果表明,设计刀盘满足强度和刚度的要求,该型号盾构机在该地铁线路的施工中应用效果良好,满足施工要求。通过理论计算结果和实际应用情况表明,盾构机刀盘数值模拟对刀盘的结构设计提供了理论支撑。     

盾构机刀盘选型及刀具强度分析

刀盘是盾构机的重要工作部件,在盾构机掘进过程中刀盘起开挖土层、搅拌渣土等功能。本文以不同城市地层条件下盾构机刀盘选型为例,分析盾构机刀盘结构型式并验证刀具焊缝强度,指出了刀具合金的焊接质量是影响刀具强度的主要因素。